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CRISPR-CasMINI, un sistema CRISPR de pequeño tamaño

Rubén Megía González, Genotipia

 

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha diseñado una herramienta CRISPR-Cas, con un sistema Cas de tamaño reducido. El nuevo sistema Cas, que los autores han denominado CasMINI, podría ser realmente útil en el ámbito de la ingeniería celular y de la terapia génica.

Los sistemas CRISPR-Cas son unas versátiles herramientas moleculares capaces de editar el ADN de las células, regular la expresión de ciertos genes o modificar el epigenoma, entre otras cosas. Los más utilizados actualmente en mamíferos son CRISPR-Cas9 y CRISPR-Cas12a, pero, debido a su gran tamaño, tienen ciertas limitaciones, ya que es más difícil introducirlos en las células objetivo.

Ahora, un grupo de investigadores ha logrado diseñar un sistema CRISPR-Cas9 más pequeño, que podría ser útil en diferentes contextos. El trabajo, que incluye detalles acerca de la composición del nuevo sistema, fue publicado en la revista Molecular Cell el pasado 3 de septiembre.

El nacimiento de CRISPR-CasMINI

CRISPR pequeño tamaño
Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha diseñado una herramienta CRISPR-Cas de edición del genoma, cuyo componente Cas tiene un tamaño reducido. Imagen: Genotipia.

Para reducir el tamaño de los actuales sistemas CRISPR-Cas, los autores del trabajo se han basado en la proteína Cas12f. El problema de Cas12f es que, al igual que otras muchas proteínas Cas, no funciona correctamente en células eucariotas, como son las células humanas. Esto es debido, en parte, a su origen, ya que las proteínas Cas provienen de arqueas, en las que el ADN se encuentra mucho más accesible.

“Pensamos: ‘Está bien, millones de años de evolución no han podido convertir este sistema CRISPR en algo que funcione en el cuerpo humano. ¿Podemos cambiar eso en sólo uno o dos años? ‘”, explica el Dr. Lei S. Qi, autor del estudio y profesor de bioingeniería en la Universidad de Stanford.  “Hasta donde yo sé, hemos convertido, por primera vez, un CRISPR no funcional en uno funcional “, añade.

En un primer paso del estudio, los autores predijeron 40 mutaciones diferentes en Cas12f que podrían servir para que la proteína accediera más fácilmente al ADN eucariota. El equipo generó cada una de estas mutaciones y las probó en células humanas. Si una de estas variaciones de Cas12f lograba funcionar, activaría una proteína fluorescente verde en las células del cultivo.

“Al principio, este sistema no funcionó durante un año, pero, tras repetirlo, vimos que algunas proteínas comenzaban a activarse, como por arte de magia.”, explica la Dra. Xiaoshu Xu, investigadora postdoctoral en el laboratorio del Dr. Qi y autora principal del estudio.

Tras observar las primeras señales de que la proteína Cas12f alterada era efectiva en los cultivos de células humanas, los autores comenzaron a modificarla ligeramente para aumentar su rendimiento, hasta llegar al sistema CasMINI. “Comenzamos viendo solo dos células que mostraban una señal verde, y ahora, después de la ingeniería, casi todas las células son verdes bajo el microscopio”, indica la Dra. Xu.

Para este trabajo, los autores no solo han obtenido una nueva proteína Cas, sino que también han diseñado un ARN guía capaz de conducir a la proteína hasta el ADN objetivo. Los investigadores han demostrado que el sistema CasMINI, gracias a este ARN diseñado mediante bioingeniería, puede activar genes en células humanas con una eficacia similar a Cas12a, uno de los sistemas Cas más utilizados en mamíferos.

Las características únicas de CasMINI

Tal y como explican los autores, la característica principal de CasMINI es su reducido tamaño. CasMINI tiene un tamaño de 526 aminoácidos y es menor a la mitad que las proteínas Cas más utilizadas, Cas9 y Cas12a. El tamaño reducido de CasMINI convierten a esta herramienta molecular en una potencial alternativa a las proteínas Cas típicas.

Una de las principales ventajas del reducido tamaño del sistema CasMINI es que es más fácil “empaquetar” sus componentes en el interior de los vectores virales. Además, el ARN de CasMINI puede ser introducido de forma sencilla en pequeñas nanopartículas lipídicas.

Otra de las posibles ventajas de CasMINI que señalan los autores del estudio tiene que ver con su baja capacidad inmunogénica. El equipo cree que CasMINI, al ser un sistema derivado de un organismo no patógeno para el ser humano, podría causar menos reacciones inmunológicas que otros sistemas Cas más grandes como Cas9.

El futuro de CasMINI

El trabajo del equipo de los doctores Qi y Xu supone una mejora en el conocimiento de los sistemas Cas, así como de las estructuras clave para su funcionamiento en humanos. Los autores señalan que todavía es necesario seguir trabajando para optimizar la eficacia de CasMINI y realizar nuevos estudios para determinar su efectividad en modelos in vivo.

Artículo original: Xu X, et al. Engineered miniature CRISPR-Cas system for mammalian genome regulation and editing. Mol Cell. 2021 Aug 26:S1097-2765(21)00648-1. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2021.08.008

Fuente: Stanford researchers develop an engineered ‘mini’ CRISPR genome editing system. Universidad de Stanford. https://news.stanford.edu/2021/09/03/researchers-develop-hypercompact-crispr/

 

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